电流操作型模数转换器(ADC)的制作方法

电流操作型模数转换器(adc)
1.关于联邦资助的研究或开发的声明
2.不适用
3.通过引用并入以光盘形式提交的材料
4.不适用
技术领域
5.本发明总体上涉及模数转换，并且更具体地涉及模数转换器(adc)和相关电路以及架构。


背景技术：

6.在许多电气和电子系统中，执行模拟域与数字域之间的信号转换，并且反之亦然。例如，传感器可以被实施为检测一个或多个条件，如环境条件、操作条件、装置条件等。传感器被广泛用于家庭自动化、工业系统、医疗保健、交通运输等领域。例如，传感器被放置在用于各种应用的人体、汽车、飞机、小船、轮船、卡车、摩托车、手机、电视、触摸屏、工业厂房、电器、电机、收银台等中。
7.通常，传感器将物理量转换成电信号或光信号。例如，传感器将如生物条件、化学条件、电条件、电磁条件、温度、磁性条件、机械运动(位置、速度、加速度、力、压力)、光学条件和/或放射性条件等物理现象转换成电信号。
8.传感器包含换能器，所述换能器用于将一种形式的能量(例如，力)转换成另一种形式的能量(例如，电信号)。存在支持传感器的各种应用的各种换能器。例如，换能器是电容器、压电换能器、压阻换能器、热换能器、热电偶、光电导换能器，如光敏电阻器、光电二极管和/或光电晶体管。
9.传感器电路耦接到传感器以向传感器提供电力并从传感器接收表示物理现象的信号。传感器电路包含至少三个到传感器的电连接：一个电连接用于电力供应；另一个电连接用于公共电压参考(例如，地)；并且第三个电连接用于接收表示物理现象的信号。当物理现象从一个极端变为另一个极端(在感测物理现象的范围内)时，表示物理现象的信号将从电力供应电压变为地。
10.传感器电路向一个或多个计算装置提供接收到的传感器信号以供处理。已知计算装置用于传送数据、处理数据和/或存储数据。计算装置可以是蜂窝电话、膝上型计算机、平板电脑、个人计算机(pc)、工作站、视频游戏装置、服务器和/或支持每小时数百万次网络搜索、股票交易或在线购买的数据中心。
11.计算装置处理传感器信号以用于各种应用。例如，计算装置处理传感器信号以确定冷藏卡车在运输期间的各种物品的温度。作为另一个实例，计算装置处理传感器信号以确定触摸屏上的触摸。作为又另一个实例，计算装置处理传感器信号以确定产品生产线中的各个数据点。
12.另外，在许多装置和系统的操作内，根据此类装置和系统的操作执行模拟域与数
字域之间的转换，并且反之亦然。例如，许多装置和系统使用在数字域内操作的一个或多个数字信号处理器(dsp)、微控制器、处理器等进行操作。然而，在某些装置和系统内，以模拟或连续时间格式接收一个或多个信号。为了利用此类一个或多个信号，所述一个或多个信号必须被转换成数字或离散时间格式。现有技术的模数转换器(adc)具有许多缺陷，包含功耗高、提供的分辨率相对低等。仍然存在可能无法使用现有技术的adc适当服务并提供高水平性能的许多应用。例如，某些应用没有足够的功率预算来促进现有技术的adc的有效操作。而且，基于现有技术的adc提供的分辨率和准确度水平，某些应用无法以高水平性能进行操作。
附图说明
13.图1是根据本发明的通信系统的实施例的示意性框图；
14.图2是根据本发明的计算装置的实施例的示意性框图；
15.图3是示出了根据本发明可以执行的模数转换的各个实施例的示意性框图；
16.图4是根据本发明的模数转换器(adc)的实施例的示意性框图；
17.图5a是示出了根据本发明的可以在adc内实施的各个组件的替代性实施例的示意性框图；
18.图5b是示出了根据本发明的使用adc服务差分信令的替代性实施例的示意性框图；
19.图6是根据本发明的包含一个或多个抽取滤波器的adc的另一个实施例的示意性框图；
20.图7是示出了根据本发明的可以被实施为在adc内执行数字域处理的一个或多个抽取滤波器和/或处理模块的替代性实施例的示意性框图；
21.图8是根据本发明的adc的另一个实施例的示意性框图；
22.图9是根据本发明的adc的另一个实施例的示意性框图；
23.图10是根据本发明的adc的另一个实施例的示意性框图；
24.图11是根据本发明的操作以处理模拟差分信号的adc的实施例的示意性框图；
25.图12是根据本发明的操作以处理模拟差分信号的adc的另一个实施例的示意性框图；
26.图13是根据本发明的操作以处理模拟差分信号的adc的另一个实施例的示意性框图；
27.图14a是根据本发明的操作以执行电压测量的adc的实施例的示意性框图；
28.图14b是根据本发明的跨阻放大器的实施例的示意性框图，所述跨阻放大器可以在操作以执行电压测量的adc内实施；
29.图15是示出了根据本发明的在adc内的数字域滤波的实施例的示意性框图；
30.图16是示出了根据本发明的使用adc内的级联滤波器的数字域滤波的实施例的示意性框图；
31.图17是示出了根据本发明的使用adc内的可配置/可调节级联滤波器的数字域滤波的另一个实施例的示意性框图；
32.图18是示出了根据本发明的被实施为在adc内执行数字域滤波的一个或多个处理
模块的实施例的示意性框图；
33.图19是根据本发明的包含非线性n位数模转换器(dac)的adc的实施例的示意性框图；
34.图20是根据本发明的包含非线性n位dac的adc的另一个实施例的示意性框图；
35.图21是根据本发明的包含非线性n位dac的adc的另一个实施例的示意性框图；
36.图22是根据本发明的包含非线性n位dac的adc的另一个实施例的示意性框图；
37.图23是根据本发明的包含操作以处理模拟差分信号的非线性n位dac的adc的实施例的示意性框图；
38.图24是根据本发明的包含操作以处理模拟差分信号的非线性n位dac的adc的另一个实施例的示意性框图；
39.图25是根据本发明的包含非线性n位dac并且操作以执行电压测量的adc的实施例的示意性框图；
40.图26a是根据本发明的包含被实施为拉出电流的pnp晶体管(可替代地，正-负-正双极结型晶体管(bjt))的adc的实施例的示意性框图；
41.图26b是根据本发明的包含被实施为灌入电流的npn晶体管(可替代地，负-正-正bjt)的adc的实施例的示意性框图；
42.图27是根据本发明的包含被实施为拉出电流的pnp晶体管和被实施为灌入电流的npn晶体管两者的adc的实施例的示意性框图；
43.图28a是根据本发明的包含被实施为拉出和/或灌入电流的二极管的adc的实施例的示意性框图；
44.图28b是根据本发明的操作以生成满刻度电压信号的pnp晶体管二极管配置的实施例的示意性框图；
45.图28c是根据本发明的操作以生成满刻度电压信号的npn晶体管二极管配置的实施例的示意性框图；
46.图29a是根据本发明的包含被实施为拉出电流的p沟道或p型金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)(可替代地，pmos晶体管)的adc的实施例的示意性框图；
47.图29b是根据本发明的包含被实施为灌入电流的n沟道或n型金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)(可替代地，nmos晶体管)的adc的实施例的示意性框图；
48.图30是根据本发明的包含被实施为拉出电流的pmos晶体管和被实施为灌入电流的nmos晶体管两者的adc的实施例的示意性框图；
49.图31是示出了根据本发明的包含非线性n位dac的adc内的数字域滤波的实施例的示意性框图；
50.图32是示出了根据本发明的使用包含非线性n位dac的adc内的级联滤波器的数字域滤波的实施例的示意性框图；
51.图33是示出了根据本发明的使用包含非线性n位dac的adc内的可配置/可调节级联滤波器的数字域滤波的另一个实施例的示意性框图；并且
52.图34是示出了根据本发明的被实施为在包含非线性n位dac的adc内执行数字域滤波的一个或多个处理模块的实施例的示意性框图。
具体实施方式
53.图1是通信系统100的实施例的示意性框图，所述通信系统包含多个计算装置12、一个或多个服务器22、一个或多个数据库24、一个或多个网络26、多个模数转换器(adc)28、多个传感器30和多个负载32。一般而言，adc 28被配置成将模拟信号31转换成数字信号。在一些实例中，这种模拟信号可以由传感器30或一般而言负载32(例如，如消耗电流、电压和/或功率的负载，和/或如产生电流、如电压和/或功率信号的负载)提供和/或对应于与所述传感器或一般而言负载相关联的信号。而且，在一些实例中，应注意，计算装置12中的任何一个计算装置包含：具有传感器30的触摸屏；包含传感器30、负载32和/或其它组件的触摸和策略屏。
54.传感器30用于将物理输入转换成输出信号(例如，电输出、光输出等)。传感器的物理输入可以是各种物理输入条件之一。例如，物理条件包含但不限于以下中的一个或多个：声波(例如，振幅、相位、极化、频谱和/或波速)；生物和/或化学条件(例如，流体浓度、液位、成分等)；电条件(例如，电荷、电压、电流、电导率、介电常数、电场，其包含振幅、相位和/或极化)；磁性条件(例如，通量、磁导率、磁场，其振幅、相位和/或极化)；光学条件(例如，折射率、反射率、吸收率等)；热条件(例如，温度、通量、比热、热导率等)；以及机械条件(例如，位置、速度、加速度、力、应变、应力、压力、扭矩等)。例如，压电传感器将力或压力转换成电信号。作为另一个实例，麦克风将可听声波转换成电信号。
55.存在用于感测各种类型的物理条件的各种类型的传感器。传感器类型包含但不限于：电容器传感器、感应传感器、加速度计、压电传感器、光传感器、磁场传感器、超声波传感器、温度传感器、红外(ir)传感器、触摸传感器、接近传感器、压力传感器、液位传感器、烟雾传感器和气体传感器。在许多方面，传感器通过将现实世界的条件转换成数字信号来充当物理世界与数字世界之间的接口，所述数字信号然后由计算装置处理以用于大量应用，包含但不限于医疗应用、生产自动化应用、家庭环境控制、公共安全等。
56.各种类型的传感器具有各种传感器特性，所述特性在向传感器提供电力、从传感器接收信号和/或解释来自传感器的信号时需要被考虑到。传感器特性包含电阻、电抗、功率要求、灵敏度、范围、稳定性、重复性、线性度、误差、响应时间和/或频率响应。例如，在确定驱动电路要求时需要考虑电阻、电抗和/或功率要求。作为另一个实例，基于接收到的电信号和/或光信号解释物理条件的量度(例如，温度、压力等的量度)需要考虑灵敏度、稳定性和/或线性。
57.计算装置12中的任何计算装置可以是便携式计算装置和/或固定式计算装置。便携式计算装置可以是社交网络装置、游戏装置、蜂窝电话、智能手机、数字助理、数字音乐播放器、数字视频播放器、膝上型计算机、手持式计算机、平板电脑、视频游戏控制器和/或包含计算核心的任何其它便携式装置。固定式计算装置可以是计算机(pc)、计算机服务器、有线机顶盒、卫星接收器、电视机、打印机、传真机、家庭娱乐设备、视频游戏控制台和/或任何类型的家庭或办公室计算设备。参考图2中的一个或多个更详细地讨论计算装置12的实例。
58.服务器22是为并行处理大量数据请求而优化的一种特殊类型的计算装置。服务器22包含与计算装置12的组件类似的组件，但稳健的处理模块更多，主存储器更多，和/或硬盘驱动器存储器(例如，固态驱动器、硬盘驱动器等)更多。另外，服务器22通常被远程访问；因此，其通常不包含用户输入装置和/或用户输出装置。另外，服务器可以是独立的单独计
算装置，和/或可以是云计算装置。
59.数据库24是为大规模数据存储和检索而优化的一种特殊类型的计算装置。数据库24包含与计算装置12的组件类似的组件，但硬盘驱动器存储器(例如，固态驱动器、硬盘驱动器等)更多，并且有可能具有更多处理模块和/或主存储器。另外，数据库24通常被远程访问；因此，其通常不包含用户输入装置和/或用户输出装置。另外，数据库24可以是独立的单独计算装置，和/或可以是云计算装置。
60.网络26包含可以是公用网络和/或专用网络的一个或多个局域网(lan)和/或一个或多个广域网(wan)。lan可以是无线lan(例如，wi-fi接入点、蓝牙、zigbee等)和/或有线网络(例如，火线、以太网等)。wan可以是有线和/或无线wan。例如，lan可以是个人家庭或企业的无线网络，并且wan是互联网、蜂窝电话基础设施和/或卫星通信基础设施。
61.在操作实例中，计算装置12与adc 28通信，所述adc与多个传感器30通信。在一些实例中，传感器30和/或adc 28在计算装置12内和/或在所述计算装置外部。例如，传感器30可以在计算装置12外部并且adc 28在计算装置12内。作为另一个实例，传感器30和adc 28两者均在计算装置12外部。在一些实例中，当adc 28在计算装置外部时，其通过有线和/或无线通信链路耦接到计算装置12。
62.计算装置12与adc 28通信以：(a)开启adc；(b)从传感器30、负载32、一个或多个模拟信号31等单独地和/或共同地获得数据；(c)指示adc 28如何处理与传感器30、负载32、一个或多个模拟信号31等相关联的模拟信号，并且向计算装置12提供数字信号和/或信息；和/或(d)提供其它命令和/或指令。
63.在操作和实施的一实例中，计算装置12耦接到adc 28，所述adc耦接到传感器30。传感器30和/或adc 28可以在计算装置12的内部和/或外部。在此实例中，传感器30正在感测特定于计算装置12的条件。例如，传感器30可以是温度传感器、环境光传感器、环境噪声传感器等。如上所述，当计算装置12发出指示时(其可以是用于连续感测或以规则间隔的默认设置)，adc 28被配置成生成与传感器30相关联的数字信号和/或信息，并且向计算装置12提供所述数字信号和/或信息。
64.图2是计算装置12(例如，图1中的计算装置12的任何计算装置)的实施例的示意性框图。计算装置12包含：核心控制模块40；一个或多个处理模块42；一个或多个主存储器44；高速缓存存储器46；输入-输出(i/o)外围控制模块52；一个或多个i/o接口54；耦接到所述一个或多个i/o接口54和一个或多个负载32的一个或多个adc 28，任选地一个或多个数模转换器(dac)29一个或多个i/o接口54；一个或多个输入接口模块56；一个或多个输出接口模块58；一个或多个网络接口模块60；以及一个或多个存储器接口模块62。在一些实例中，计算装置12还包含组件处理模块48。在操作和实施的一实例中，这种组件处理模块48被实施为促进与视频图形相关联的操作，所述视频图形可以包含以下中的任何一个或多个：视频图形、显示器、触摸屏、相机、音频输出、音频输入和/或任何其它一个或多个计算装置组件等。
65.在本发明的具体实施方式部分的末尾更详细地描述了处理模块42，并且在替代性实施例中，所述处理模块具有到主存储器44的方向连接。在替代性实施例中，核心控制模块40和i/o和/或外围控制模块52是一个模块，如芯片组、快速路径互连(qpi)和/或超路径互连(upi)。
66.主存储器44中的每个主存储器包含一个或多个随机存取存储器(ram)集成电路或芯片。例如，主存储器44包含四个ddr4(第4代双倍数据速率)ram芯片，每个以2,400mhz的速率运行。通常，主存储器44存储与处理模块42最相关的数据和操作指令。例如，核心控制模块40协调来自主存储器44和存储器64-66的数据和/或操作指令的传输。从存储器64-66检索的数据和/或操作指令是由处理模块请求的数据和/或操作指令，或者是处理模块最有可能需要的数据和/或操作指令。当处理模块完成主存储器中的数据和/或操作指令时，核心控制模块40协调将经更新的数据发送到存储器64-66进行存储。
67.存储器64-66包含与高速缓存存储器和主存储器装置相比在每所存储数据量的成本方面相对较便宜的一个或多个硬盘驱动器、一个或多个固态存储器芯片和/或一个或多个其它大容量存储装置。存储器64-66通过i/o和/或外围控制模块52并且通过一个或多个存储器接口模块62耦接到核心控制模块40。在一实施例中，i/o和/或外围控制模块52包含一个或多个外围组件接口(pci)总线，外围组件通过所述总线连接到核心控制模块40。存储器接口模块62包含用于将存储器装置耦接到i/o和/或外围控制模块52的软件驱动器和硬件连接器。例如，存储器接口62符合串行高级技术附件(sata)端口。
68.核心控制模块40协调处理模块42与网络26之间通过i/o和/或外围控制模块52、网络接口模块60和网卡68或70的数据通信。网卡68或70包含无线通信单元或有线通信单元。无线通信单元包含无线局域网(wlan)通信装置、蜂窝通信装置、蓝牙装置和/或zigbee通信装置。有线通信单元包含千兆位lan连接、火线连接和/或专有计算机有线连接。网络接口模块60包含用于将网卡耦接到i/o和/或外围控制模块52的软件驱动器和硬件连接器。例如，网络接口模块60符合一个或多个版本的ieee 802.11、蜂窝电话协议、10/100/1000千兆位lan协议等。
69.核心控制模块40协调处理模块42与输入装置72之间通过输入接口模块56和i/o和/或外围控制模块52的数据通信。输入装置72包含小键盘、键盘、控制开关、触摸板、麦克风、相机等。输入接口模块56包含用于将输入装置耦接到i/o和/或外围控制模块52的软件驱动器和硬件连接器。在一实施例中，输入接口模块56符合一个或多个通用串行总线(usb)协议。
70.核心控制模块40协调处理模块42与输出装置74之间通过输出接口模块58和i/o和/或外围控制模块52的数据通信。输出装置74包含扬声器等。输出接口模块58包含用于将输出装置耦接到i/o和/或外围控制模块52的软件驱动器和硬件连接器。在一实施例中，输出接口模块56符合一个或多个音频编解码器协议。
71.本公开提出了新型模数转换器(adc)设计、架构、电路等，与现有技术的adc相比，其提供了很大改进的性能。可以用于执行信号的模数转换的本发明的各个方面、实施例和/或实例(和/或其等效物)提供非常高分辨率的数字格式数据。基于感测与传感器、负载等或任何模拟信号源相关联的模拟电流信号来执行这种模数转换的某些实例。在本文提供的许多实例中，负载32被用作具有被感测并被转换成数字信号的相关联模拟信号的元件。一般而言，这种负载32可以是具有相关联模拟信号的各种类型的源、装置、系统等中的任一种，所述相关联模拟信号可以被感测并被转换成数字信号，包含在包含工业、医疗、通信系统、计算装置等在内的任何类型的应用背景内的传感器、计算装置、电路等。
72.另外，可以用于执行信号的模数转换的本发明的各个方面、实施例和/或实例(和/
或其等效物)可以根据提供驱动和感测能力来实施，使得信号从adc 28驱动到负载32以促进与负载32相关联的模拟信号的感测。在一些实例中，从adc 28驱动信号，以激励负载32并促进所述负载有效操作。考虑负载32是传感器30的实例。在这种实例中，从adc 28提供的信号操作以向传感器30提供电力并且还同时通过单条线同时感测与传感器30相关联的模拟信号。可替代地，应注意，某些实例可以操作使得负载32从替代性源提供电力或能量。在这种情况下，adc 28不需要具体地实施为向负载32提供电力或能量，而仅感测与传感器30相关联的模拟信号。在一些实例中，从adc 28向负载32提供感测信号，使得感测信号的任何变化的检测被使用和解释以确定与负载32相关联的模拟信号的一个或多个特性。在某些实例中，通过将adc 28耦接或连接到负载32的单线，同时执行从adc 28向负载32提供感测信号和对与负载32相关联的模拟信号的感测。
73.图3是示出了根据本发明可以执行的模数转换的各个实施例301、302、303和304的示意性框图。在图的左上部分中，关于附图标记301，并且示出了模拟ac信号。应注意，模拟ac信号可以具有或可以不具有dc偏移。考虑dc偏移为x伏的实例，并且考虑正弦模拟ac信号基于模拟ac信号的特定频率随时间的推移在最大值 y伏到最小值-y伏之间摆动和变化。应注意，模拟ac信号的这个实例不是详尽的，并且一般而言，这种模拟ac信号可以具有任何种类的形状、频率、特性等。此类模拟信号的实例可以包含正弦信号、方波信号、三角波信号、多电平信号(例如，关于dc分量具有随时间变化的量值)和/或多边形信号(例如，关于dc分量具有对称或非对称多边形形状)中的任何一个或多个。
74.还应注意，这种模拟信号可以可替代地仅具有dc分量而没有ac分量。应注意，本文描述的adc的相应实施方案的任何实施方案或其等效物也操作以检测仅具有dc分量的模拟信号。应注意，在经历模数转换之后，仅具有dc分量的完全不变的模拟信号将产生随时间的推移数字值恒定的数字信号。也就是说，这种离散时间信号是基于dc信号生成的。
75.在图的右上部分中，参考附图标记302，关于附图标记301示出的模拟ac信号被示出为根据生成数字信号而经历模数转换。一般而言，这种数字信号的分辨率和粒度可以是任何期望的格式，包含基于跨任何数量的期望电平的范围执行模数转换以及生成具有任何数量的期望位n的数字信号，其中n是正整数。此特定实例示出了根据具有8个电平的范围生成另外的信号，使得数字信号包含3位。例如，考虑不具有dc偏移并且在跨 y/-y伏的范围之间变化的模拟ac信号，在这种情况下，所述范围被划分为8个相应子范围，并且当模拟ac信号的值随时间的推移从一个子范围跨到另一个子范围中时，则数字信号的值随时间的推移相应地变化。关于附图标记302，关于附图标记301示出的模拟ac信号的数字表示被示出为时间的函数。
76.在图的左下部分中，关于附图标记303，示出了关于z伏参考的三位adc的传递函数。在模拟ac信号的量值随时间的推移变化时，基于模拟ac信号的量值在从零到z伏参考的范围内的位置生成对应的数字值。应注意，关于附图标记303示出的这个特定实例被示出为在零与z伏参考之间变化。
77.在另一个实例中，可以基于使用-y伏作为基线来实施这种传递函数，使得沿着水平轴，0对应于-y伏，并且z是y的量值的两倍(例如，z＝2xmag[y])。例如，将关于附图标记301示出的模拟ac信号视为不具有dc偏移并且在跨 y/-y伏的范围之间变化的模拟ac信号，在这种情况下，z伏参考可以对应于y(或可替代地，大于y的某个值，以促进检测承载在特定
或预期范围之外的模拟ac信号)，然后可以生成如关于附图标记302示出的这种8电平3位数字信号。
[0078]
在图的右下部分中，关于附图标记304，并且adc 28被示出为耦接或连接到负载32。adc 28被配置成感测与负载32相关联的模拟信号并基于所述模拟信号生成数字信号。应注意，adc 28可以被实施为促进驱动和感测能力两者，使得adc 28被配置成在并发地或同时地感测与负载32相关联的模拟信号的同时将模拟电流和/或电压信号驱动到负载32。在替代性实例中，当负载32从如电池、外部电源等另一个源被激励时，adc 28还操作以执行与负载32相关联的模拟信号的同时驱动和感测。
[0079]
应注意，adc 28包含仅执行感测或可替代地执行驱动和感测两者的能力和功能。在一些实例中，adc 28被配置成仅对与负载32相关联的模拟信号(例如，具有ac和/或dc分量)执行感测。在其它实例中，adc 28被配置成在并发地和/或同时地感测与负载32相关联的模拟信号(例如，具有ac和/或dc分量)的同时将模拟电流和/或电压信号驱动到负载32。例如，adc 28被配置成在并发地和/或同时地感测与负载32相关联的模拟信号(例如，具有ac和/或dc分量)的同时还向负载32提供电力或激励负载。而且，在某些替代性实例中，当负载32从如电池、外部电源等另一个源被激励时，adc 28还操作以执行与负载32相关联的模拟信号的同时驱动和感测。
[0080]
本发明的各个方面、实施例和/或实例(和/或其等效物)包含操作以感测模拟电流信号的adc。adc被实施为将感测到的模拟电流信号转换成期望分辨率(例如，特定采样率、分辨率或位数等)的非常高分辨率的数字格式。
[0081]
图4是根据本发明的模数转换器(adc)的实施例400的示意性框图。在此图中，adc通过单条线连接并耦接到负载32，使得adc被配置成通过所述单条线提供负载信号412并且同时通过单条线检测对所述负载信号的任何影响414。在某些实例中，adc被配置成通过所述单条线对所述负载信号412，包含对所述负载信号的任何影响414，执行单线驱动和感测。
[0082]
应注意，以下图中的某些图示出了一个或多个处理模块24。在某些实例中，所述一个或多个处理模块24被配置成与一个或多个其它装置通信和交互，所述一个或多个其它装置包含以下中的一个或多个：adc、在adc内实施的一个或多个组件(例如，各种类型的滤波器，包含低通滤波器、带通滤波器、抽取滤波器等)、增益或放大元件、数字电路，各种类型的数模转换器(dac)包含n位dac，各种类型的模数转换器(adc)包含m位adc等。应注意，一个或多个处理模块24的任何这种实施可以包含集成存储器和/或可以耦接到其它存储器。存储器中的至少一些存储器存储待由所述一个或多个处理模块24执行的操作指令。另外，应注意，所述一个或多个处理模块24可以通过一个或多个通信链路、网络、通信路径、信道等与一个或多个其它装置、组件、元件等介接(例如，如通过装置的如可以集成到所述一个或多个处理模块24中或可以实施为单独的组件、电路系统等的一个或多个通信接口)。
[0083]
而且，在以下图中的某些图内，在模拟域与数字域之间示出了分界(例如，示出了基于连续时间信令在模拟域中操作的图的部分，以及基于离散时间信令在数字域中操作的图的部分)。此外，在以下图中的某些图内，在负载域与adc域之间示出了分界(例如，示出了正在被感测的负载和/或模拟信号与正在感测可能与负载相关联的模拟信号的adc之间的连接或耦接)。在某些实例中，adc通过单条线连接或耦接到负载。
[0084]
而且，这种adc可以被实施为通过连接或耦接到负载的所述单线来执行信号的同
时驱动和感测。例如，这种adc操作以驱动负载32的模拟信号(例如，电流和/或电压)。关于根据感测模拟电流信号操作的实施方案，这种adc操作以感测极宽范围内的电流信号，包含非常低的电流(例如，低于1皮安范围的电流，在数十皮安范围内的电流，低于1纳安范围的电流，在数十纳安范围内的电流，低于1微安范围的电流，在数十微安范围内的电流等)以及高达相对更大的电流(例如，数十毫安范围内的电流、数百毫安范围内的电流或甚至更高值的安范围的电流等)。在一些实例中，如关于检测从光电检测或光电二极管组件提供的电流，这种adc操作以感测低于1皮安范围的电流信号、在数百微安范围内的电流等。
[0085]
而且，在一些实例中，当使用适当提供的组件(例如，较高电流、较高功率等)时，还可以使用根据如本文所述的adc的架构和拓扑来感测高得多的电流。例如，基于如本文所述的架构和拓扑使用适当提供的组件实施的这种adc操作以感测甚至更高的电流(例如，数安、数十安或甚至更高值的安范围等)。
[0086]
另外，这种adc可以被实施为提供极低的功耗(例如，小于2μw)。这种adc可能特别适合于低功率应用，如远程传感器、电池供电的应用等。这种adc的架构和设计需要非常少的模拟组件。与现有技术的adc相比，这提供了许多优点并改进了性能，包含消耗非常少的连续静态电流。在某些实例中，与现有技术的adc技术相比，本文所述的这种adc提供了1/10的功耗。这种极低功耗的实施方案可能特别适合于某些应用，如生物医学应用，包含患者生命体征的感测、低电流传感器、远程传感器等。
[0087]
另外，应注意，虽然与现有技术的adc(例如，包含现有技术的adc，如逐次逼近分辨率(sar)adc、d-∑调制器adc、流水线adc等)相比，本文所述的这种adc在降低功耗方面提供显著改进，但是本文所述的这种adc可以在各种应用中的任何应用中被实施为通用adc。此外，可以使用本文所述的这种adc感测的模拟信号的带宽极宽，范围从dc到10mhz及以上。在某些特定实例中，如本文所述的这种adc被实施为用于极低频率测量，如从dc到1khz。
[0088]
还应注意，如本文所述的adc可以被特别设计并定制成用于基于待采样的特定带宽生成的期望数字信号分辨率。通常，在特别设计的adc内的带宽与功耗之间可能存在权衡。考虑对于相对低的采样带宽期望非常高的分辨率数字信号的实例对对于相对高的采样带宽期望相对低的分辨率数字信号的另一个实例。例如，考虑用于针对低于100khz的采样带宽提供具有16位分辨率的数字信号的特别设计的adc，在这种情况下，这种adc可以被实施为消耗少于1μw的能量。
[0089]
这种adc可以被适当地设计成满足特定应用的标准。考虑对于从dc到100khz的相对低的采样带宽期望24位数字信号的实例。考虑对于从dc到1 mhz的相对较高的采样带宽期望12位数字信号的另一个实例。在比较这两个实例中，随着采样带宽扩展得越来越高，adc将消耗更多的电流，并且由此消耗更多的功率。根据手头的特定应用，相对低的采样带宽对于手头的特定应用可以是可接受的，并且可以实现非常显著的功耗节省。一般而言，设计实施中的权衡可以被视为更高分辨率/更低采样带宽/更低功耗对更高分辨率/更高采样带宽/更高功耗。
[0090]
另外，应注意，本文所包含的adc的实例中的许多实例基于感测电流信号而不是电压信号来操作。另外，当在用于感测电压信号的应用中实施adc时，可以实施适当实施的电压到电流变换元件，如操作以将电压变换成电流或反之亦然的跨阻放大器，以在任何特定期望的应用中从电压信号生成电流信号。
[0091]
在各个图中的任何图中，应注意，这种负载32可以是包含电极、传感器、换能器等在内的各种类型中的任何类型。一般而言，这种负载32可以是各种类型的组件中的任何一种。此类组件的实例可以包含具有相关联模拟信号的源、装置、系统等中的任何一个或多个，所述相关联模拟信号可以被感测并被转换成数字信号，包含在包含工业、医疗、通信系统、计算装置等在内的任何类型的应用背景内的传感器、计算装置、电路等。
[0092]
而且，应注意，如本文中的任何图内所描绘的这种负载32可以基于从adc提供的信号被激励或供电，或可替代地由如电池、外部电源等另一个源供电。例如，考虑图的左下部分并且需要在负载域与adc域之间进行分界，使得负载32通过单条线连接到adc。在某些实例中，adc被实施为促进单线感测功能，使得负载信号412-1被提供给负载32以仅用于感测，并且adc感测和检测对所述负载信号的任何影响414。在这种实例中，从外部源向负载32提供电力。
[0093]
再次参考图的顶部，adc通过单条线连接并耦接到负载32，使得adc被配置成通过所述单条线提供负载信号412并且同时通过单条线检测对所述负载信号的任何影响414。例如，负载信号412是模拟电流信号。模拟电容器c被实施为根据负载信号412进行充电。应注意，这种模拟电容器可以可替代地是来自负载32本身的负载电容，使得当负载32本身提供足够的负载电容时不需要单独的模拟电容器c。
[0094]
在操作和实施的一实例中，基于对给电容器充电的所述负载信号的任何影响414生成负载电压vload。此负载电压vload用作比较器的输入之一的输入电压vin，所述比较器还接收参考信号vref(例如，电压参考信号)。应注意，参考信号vref可以在内部生成、从外部源提供、从处理模块24提供等。比较器将输入电压vin与参考信号vref进行比较，并且输出基于输入电压vin与参考信号vref之间的任何差的信号，所述信号由数字电路410处理以生成数字输出(do)1信号，所述do 1信号可以被视为由数字电路410被钟控的时钟速率(clk)的0和/或1构成的数字流。
[0095]
例如，考虑到输入电压vin大于参考信号vref，在这种情况下，比较器输出信号将为正(例如，adc的正轨或电源电压)。可替代地，考虑到输入电压vin小于或等于参考信号vref，在这种情况下，比较器输出信号将为负(例如，adc的负轨或电源电压)。
[0096]
在另一个实例中，考虑到输入电压vin大于参考信号vref，在这种情况下，比较器输出信号将为正或负(例如，adc的正轨或负轨或电源电压)。可替代地，考虑到输入电压vin小于或等于参考信号vref，在这种情况下，比较器输出信号将为零(例如，接地电压电位)。
[0097]
一般而言，比较器和数字电路410的组合操作可以被视为对作为输入电压vin与参考信号vref之间的差(例如，和误差电压ve)(例如，ve＝vref-vin)的信号进行模数转换，以生成特别期望的分辨率的数字信号，所述分辨率可以被视为m位，其中m是大于或等于1的正整数。
[0098]
处理模块24操作以处理do 1以生成数字输出(do)2。应注意，处理模块24可以在各个实例中的任何实例中实施，以对do 1执行任何期望的数字信号处理来生成do 2。这种数字信号处理的实例可以是增加输出分辨率(例如，考虑do 1的分辨率为m位，并且do 2的分辨率为n位，其中n和m两者均为正整数，其中m为大于或等于1的正整数，并且n大于m)，对do 1进行滤波以生成do 2(例如，如基于某些参数的低通滤波或带通滤波，如用于低通滤波的特定频率截止或用于带通滤波的特定频率范围)。
[0099]
处理模块24向n位数模转换器(dac)420提供do 2。在一些实例中，n位dac 420的分辨率为n＜8位。由于将输入电压vin与参考信号vref进行比较并且结合数字电路410生成do 1的比较器的操作，此n位dac 420基于从处理模块24提供的do 2向负载32强加和输出跟随或跟踪负载信号412的电流。
[0100]
从某些角度来看，考虑到do 1和do 2，do 1可以被视为对应于包含量化噪声的未经滤波的负载电流信号的数字信号，并且do 2可以被视为对应于经滤波的负载电流信号的另一个数字信号。
[0101]
在此图中，比较器的正输入由参考信号vref驱动。负载电压vload将基于比较器输出信号跟随参考信号vref，所述比较器输出信号对应于输入电压vin与参考信号vref之间的差或误差。在许多实例中，基于比较器和数字电路410的δ-∑调制操作，输入电压vin与参考信号vref之间的差非常小(例如，接近0、非常接近0或实际上为0)。例如，当输入电压vin与参考信号vref之间存在任何差时，adc调整/修改来自n位dac 420的输出电流以匹配负载电流，使得输入电压vin与参考信号vref之间的差或误差被强制为0。
[0102]
应注意，比较器和数字电路410可以使用一个或多个其它组件和其它实例来实施，同时仍然提供adc的同一整体功能。以下图示出了可以如何实施比较器和数字电路410的一些替代性可能实例。
[0103]
应注意，adc的这种实施方案包含非常少数量的模拟组件。例如，可能存在以下情况：无论如何，假定负载32固有地包含用于生成负载电压vload的足够的负载电容，都不需要电容器。在某些实施方案中，比较器由直接执行负载电压vload的模数转换的组件来实施，由此进一步减少adc内的模拟组件的数量。
[0104]
鉴于模拟组件的数量少，这种adc消耗很少或不消耗连续静态功率，由此促进实现非常低的功耗。n位dac 420仅消耗静态电流。此n位dac 420驱动并输出与感测到的负载电流相同的电流，由此跟踪或跟随负载电流。因此，在负载电流较小的实施方案中，来自n位dac 420的对应输出电流也较小。基于感测到的负载电流，从n位dac 420提供的电流越小，adc的功耗就越低。应注意，肯定存在adc的将消耗一些静态电流的替代性实施方案，如在m位模数转换器(adc)用于被实施为执行信号vin到do 1的模数转换的其它某个组件时。
[0105]
此外，应注意，dac消耗的功率量，特别是dac消耗的数字功率，与时钟速率clk成比例。还应注意，被实施为对adc信号进行感测，如感测adc电流信号的应用，时钟频率可以极低(例如，在1khz到100khz的范围内)，由此提供非常小的数字功耗。
[0106]
图5是示出了根据本发明的可以在adc内实施的各个组件的替代性实施例501、502、503和504的示意性框图。考虑附图标记501，比较器与如上所述的数字电路410协作操作，使得比较器和数字电路410的组合操作可以被视为对信号进行模数转换，所述信号是输入电压vin与参考信号vref之间的差(例如，ve)(例如，ve＝vref-vin)，以生成特别期望的分辨率的数字信号，所述分辨率可以被视为m位，其中m是大于或等于1的正整数。
[0107]
然而，应注意，比较器和数字电路410可以使用各种其它构件中的任何一种来实施，同时仍然促进adc的适当操作。关于附图标记502，示出了数字比较器，所述数字比较器可替代地被描述为时钟(或动态)比较器结构(锁存比较器)。这个单一装置在单个装置内执行比较器和数字电路410两者的操作。例如，数字比较器以特定的时钟频率(clk)计时，并且基于vref与vin的比较输出1和/或0的流。与连续操作并且将随时间的推移连续输出两个值
之一，如高信号或低信号的比较器相比，数字比较器根据生成do1在每个时钟周期基于vref与vin的比较输出1或0(例如，当vref＞vin时输出1，当vref≤vin时输出0，反之亦然)。还应注意，与连续操作的比较器相比，通过仅以特定间隔对这种数字比较器进行计时，可以实现更高的准确度和更低的功耗。
[0108]
关于附图标记503，比较器的输出被提供给采样和保持电路(s&h)510。一般而言，s&h 510在指定的最小时间段内以恒定水平保持、锁定或冻结其值。根据生成do 1，此信号可以被视为解释为时钟频率(clk)下的1和/或0的数字流。应注意，这种s&h 510可以以各种方式，包含储存电荷的电路和电容器，实施，并且还采用使得电路储存的电荷经特定间隔中的每个间隔积聚的一个或多个切换元件，并且切换元件根据生成do1将储存电荷的电路的输出连接到输出，区域中的特定，如时钟频率(clk)。
[0109]
关于附图标记504，比较器和数字电路410被替代为∑-δ比较器，如一位adc，随后是触发器电路(ff)520。∑-δ比较器基于vref与vin的比较向ff 520提供高信号或低信号，并且ff 520根据生成do 1，基于vref与vin的比较在每个时钟周期如时钟频率(clk)输出1或0。
[0110]
一般而言，应注意，如本文中的图中的任何图内示出的比较器和数字电路410的实施方案可以可替代地以各种不同的方式实施，包含此图和/或其等效物内示出的方式。
[0111]
图5b是示出了根据本发明的使用adc服务差分信令的替代性实施例505a和505b的示意性框图。除了服务和感测单端线并且使用如本文所述的adc基于所述单端线生成数字信号之外，注意还可以执行对信号的服务和感测。例如，关于附图标记505a，adc 28的第一实例化和adc 28的第二实例化各自分别通过相应单线耦接到不同的相应负载32。adc 28的第一实例化和第二实例化分别接收两个相应负载电压vload1和vload2。应注意，adc 28的第一实例化和第二实例化可以相同或可以不同。在此实例中，adc 28的每个相应实例化操作以服务和感测相应单端线。adc 28的第一实例化和第二实例化共同操作以感测基于两个负载电压vload1和vload2的差分信号，并且基于所述差分信号生成对应的数字信号。在某些实例中，处理模块24被实施为将基于vload1并且通过adc 28的第一实例化生成的第一数字信号和基于vload2并且通过adc 28的第二实例化生成的第二数字信号进行组合，以生成对应于两个负载电压vload1与vload2之间的差分电压的合成数字信号(例如，vdiff＝vload1-vload2或vdiff＝vload2-vload1)。
[0112]
作为另一个实例，关于附图标记505b，对差分负载32-1进行服务，使得对应于由差分负载32-1提供的差分信令的两条信号线分别被提供给adc 28的第一实例化和adc 28的第二实例化。类似地，处理模块24可以被实施为生成对应于与差分负载32-1相关联的差分电压的所得数字信号。adc 28的第一实例化和adc 28的第二实例化协同操作，以提供负载信号1112并且检测基于差分负载32-1的对负载信号的任何影响1114。电容器c也被实施为跨差分负载32-1的差分信号线。
[0113]
应注意，在对应于附图标记505a和505b和/或其等效物的这些实例中的任一个中，可以在adc 28的第一实例化和第二实例化内实施本文所述的操作以通过单条线感测模拟信号的任何adc的任何实例、实施例等。
[0114]
在操作和实施的一实例中，adc(例如，考虑图4的adc)包含电容器，所述电容器可操作地耦接到负载并且被配置成基于通过负载电流和数模转换器(dac)输出电流进行的充
电产生负载电压。在一些实例中，adc通过单条线耦接到负载。adc还包含比较器。当被启用时，比较器可操作地耦接并且被配置成通过比较器的第一输入接收负载电压，通过比较器的第二输入接收参考电压，并且将负载电压与参考电压进行比较以生成比较器输出信号。
[0115]
adc还包含可操作地耦接到比较器的数字电路。当被启用时，数字电路可操作地耦接并且被配置成处理比较器输出信号，以生成表示负载电压与参考电压之间的差的第一数字输出信号。
[0116]
adc还包含可操作地耦接到数字电路和存储器的一个或多个处理模块，所述一个或多个处理模块可以包含在adc内或adc外。当被启用时，所述一个或多个处理模块被配置成执行所述操作指令以处理所述第一数字输出信号，从而生成表示所述负载电压与所述参考电压之间的所述差的第二数字输出信号，其中所述第二数字输出信号的分辨率高于所述第一数字输出信号的分辨率。
[0117]
adc还包含可操作地耦接到所述一个或多个处理模块的n位数模转换器(dac)。当被启用时，n位dac可操作地耦接并且被配置成基于第二数字输出信号生成dac输出电流。应注意，n是正整数。dac输出电流跟踪负载电流，并且负载电压跟踪参考电压。
[0118]
而且，在一些实例中，当被启用时，所述一个或多个处理模块被进一步配置成根据执行带通滤波或低通滤波来处理所述第一数字输出信号，以生成表示所述负载电压与所述参考电压之间的所述差的所述第二数字输出信号。
[0119]
在替代性实例中，所述比较器包含∑-δ比较器，并且所述数字电路包含钟控触发器。在甚至其它实例中，数字比较器包含比较器和数字电路两者(例如，数字比较器操作以执行比较器和数字电路两者的功能)。当被启用时，数字比较器可操作地耦接并且被配置成通过比较器的第一输入接收负载电压，通过比较器的第二输入接收参考电压，并且将负载电压与参考电压进行比较以生成表示负载电压与参考电压之间的差的第一数字输出信号。
[0120]
另外，在某些实例中，adc包含耦接到所述一个或多个处理模块的抽取滤波器。当被启用时，所述抽取滤波器可操作地耦接并且被配置成处理所述第二数字输出信号，以生成采样率低于所述第二数字输出信号的采样率且分辨率高于所述第二数字输出信号的分辨率的另一个数字输出信号。作为替代物或补充，另一个抽取滤波器耦接到数字电路。当被启用时，另一个抽取滤波器可操作地耦接并且被配置成处理所述第一数字输出信号，以生成采样率低于所述第一数字输出信号的采样率且分辨率高于所述第一数字输出信号的分辨率的另一个数字输出信号。
[0121]
图6是根据本发明的包含一个或多个抽取滤波器的adc的另一个实施例600的示意性框图。此图关于图4具有相似之处，其中至少一个不同之处在于抽取滤波器1和/或抽取滤波器2被实施为处理do 1和do 2。例如，抽取滤波器可以被实施为处理数字信号，由此降低其采样率并增加输出分辨率。考虑分辨率为12位且采样率为100khz的数字信号。在一个实例中，抽取滤波器可以操作以在50khz的较低采样率的情况下将所述数字信号的分辨率增加到24位分辨率。在另一个实例中，抽取滤波器可以操作以在75khz的较低采样率的情况下将所述数字信号的分辨率增加到18位分辨率。一般而言，根据如本文所述的adc的各个实例中的任何实例，可以使用一个或多个抽取滤波器对采样率和输出分辨率进行任何期望的变换。在某些实例中，仅包含抽取滤波器1，由此处理do 1以生成do 2。在其它实例中，包含抽取滤波器1，由此处理do 1以生成do 2，并且包含抽取滤波器2，由此处理do 2以生成do 3
(例如，与do 2相比，do 3的采样率更低且输出分辨率更高)。
[0122]
图7是示出了根据本发明的可以被实施为在adc内执行数字域处理的一个或多个抽取滤波器和/或处理模块的替代性实施例701、702和705的示意性框图。关于附图标记701，处理模块24可以被实施为对do 1执行各种不同的数字信号处理操作中的任何数字信号处理操作以生成do 2，如抽取滤波、低通滤波、带通滤波等。然而，应注意，如do 1和do2等输出信号的这种实施方案可以在特定应用中根据需要在不同的配置中实施。
[0123]
例如，关于附图标记702，可以实施抽取滤波器1和抽取滤波器2。如上所述，可以仅包含抽取滤波器1，由此处理do 1以生成do 2。在其它实例中，包含抽取滤波器1，由此处理do 1以生成do 2，并且包含抽取滤波器2，由此处理do 2以生成do 3(例如，与do 2相比，do 3的采样率更低且输出分辨率更高)。
[0124]
关于附图标记703，处理模块24被配置成控制抽取滤波器1和抽取滤波器2的操作。例如，处理模块24被配置成可以由抽取滤波器1和/或抽取滤波器2执行抽取滤波的方式(例如，包含数字信号分辨率的转换方式、采样率的修改等)。
[0125]
应注意，此图内示出的相应实施方案中的任何实施方案可以在如本文所述的adc的任何其它适当的图内实施。
[0126]
图8是根据本发明的adc的另一个实施例800的示意性框图。此图与图4的图类似，其中至少一个不同之处在于电容器c被积分器替代。积分器被实施为具有反馈电容器c的运算放大器。使用运算放大器代替仅电容器c可以用于被定制成提供功率大于图4的功率的应用。一般而言，被实施为与运算放大器协作的反馈电容器c用于实现与图4中电容器c基于负载电流和来自n位dac 420的输出电流进行充电的目地类似的目的，由此生成要提供给比较器并与vref进行比较的vin。
[0127]
在操作和实施的一实例中，adc(例如，考虑图800的adc)包含通过第一运算放大器(op amp)输入可操作地耦接到负载的op amp。而且，电容器可操作地耦接到第一op amp输入和op amp输出。当被启用时，op amp可操作地耦接并且被配置成在op amp输出处生成对应于负载电压的输出电压，所述负载电压基于通过负载电流和数模转换器(dac)输出电流对电容器进行的充电。在一些实例中，adc通过单条线耦接到负载。
[0128]
adc还包含可操作地耦接到op amp的比较器。当被启用时，比较器可操作地耦接并且被配置成通过比较器的第一输入接收输出电压，通过比较器的第二输入接收参考电压，并且将负载电压与参考电压进行比较以生成比较器输出信号。
[0129]
adc还包含可操作地耦接到比较器的比较器数字电路。当被启用时，数字电路可操作地耦接并且被配置成处理比较器输出信号，以生成表示负载电压与参考电压之间的差的第一数字输出信号。
[0130]
adc还包含可操作地耦接到数字电路和存储器的比较器一个或多个处理模块，所述一个或多个处理模块可以包含在adc内或adc外。当被启用时，所述一个或多个处理模块被配置成执行所述操作指令以处理所述第一数字输出信号，以生成表示所述负载电压与所述参考电压之间的所述差的第二数字输出信号。应注意，所述第二数字输出信号的分辨率高于所述第一数字输出信号的分辨率。
[0131]
adc还包含可操作地耦接到所述一个或多个处理模块的n位数模转换器(dac)。当被启用时，n位dac可操作地耦接并且被配置成基于第二数字输出信号生成dac输出电流。应
注意，n是正整数。而且，dac输出电流跟踪负载电流，并且负载电压跟踪参考电压。
[0132]
在一些实例中，当被启用时，所述一个或多个处理模块被进一步配置成根据执行带通滤波或低通滤波来处理所述第一数字输出信号，以生成表示所述负载电压与所述参考电压之间的所述差的所述第二数字输出信号。
[0133]
在一些实例中，所述比较器包含∑-δ比较器，并且所述数字电路包含钟控触发器。而且，在一些其它实例中，数字比较器包含比较器和数字电路两者(例如，数字比较器操作以执行比较器和数字电路两者的功能)。当被启用时，数字比较器可操作地耦接并且被配置成通过比较器的第一输入接收负载电压，通过比较器的第二输入接收参考电压，并且将负载电压与参考电压进行比较以生成表示负载电压与参考电压之间的差的第一数字输出信号。
[0134]
另外，在某些实例中，adc包含耦接到所述一个或多个处理模块的抽取滤波器。当被启用时，所述抽取滤波器可操作地耦接并且被配置成处理所述第二数字输出信号，以生成采样率低于所述第二数字输出信号的采样率且分辨率高于所述第二数字输出信号的分辨率的另一个数字输出信号。作为替代物或补充，另一个抽取滤波器耦接到数字电路。当被启用时，另一个抽取滤波器可操作地耦接并且被配置成处理所述第一数字输出信号，以生成采样率低于所述第一数字输出信号的采样率且分辨率高于所述第一数字输出信号的分辨率的另一个数字输出信号。
[0135]
图9是根据本发明的adc的另一个实施例900的示意性框图。此图与先前的图的一个或多个图具有某些相似之处，其中至少一个不同之处在于比较器和数字电路410或比较器和数字电路410的功能等效组件由低分辨率模数转换器(adc)，具体地m位adc 910替代，其中m是大于或等于1的正整数。在某些特定实例中，m是在1-4范围内的正整数(例如，1、2、3或4)。而且，在某些特定实例中，n位dac 420的n小于或等于m。在某些具体实例中，n＜8位分辨率。例如，如果n＝4，则m＝3、2或1。与do 1(m位分辨率)相比，do 2可以被视为高分辨率数字信号(n位分辨率)，使得m＜n。另外，在一些实例中，do 2是do 1在处理模块24内经历任何期望的数字信号处理之后的修改版本。
[0136]
应注意，m位adc 910操作以生成do 1作为对应于vin与vref之间的差并且分辨率为m位并且基于时钟速率clk输出的误差信号。例如，do 1是对应于误差信号ve的数字信号，使得ve＝vref-vin或vin-vref。
[0137]
这种m位adc 910的使用为某些应用提供许多性能改进，所述应用包含减少量化噪声和增加adc的输出分辨率，特别是关于do 1的输出分辨率。例如，代替此图中的do 1是单个位分辨率数字信号(例如，1和/或0的数字流)，do 1是具有更高分辨率(例如，2、3或4位)的数字信号。在一些实例中，do 1然后被提供给处理模块24，并且处理模块24被配置成对do 1执行任何期望的数字信号处理操作，以生成do 2(例如，增加输出分辨率和降低采样率、执行低通滤波、执行带通滤波等)。
[0138]
在此图中，应注意，do 1可以被直接传递到n位dac 420，使得do 1用于驱动n位dac 420。然而，在某些实例中，do 2用于驱动n位dac 420，如当其是do 1的经滤波和/或数字信号处理版本时。
[0139]
在操作和实施的一实例中，adc(例如，图900的adc)包含电容器，所述电容器可操作地耦接到负载并且被配置成基于通过负载电流和数模转换器(dac)输出电流进行的充电
产生负载电压。在一些实例中，adc通过单条线耦接到负载。
[0140]
adc还包含m位模数转换器(adc)。当被启用时，m位adc可操作地耦接并且被配置成接收负载电压，接收参考电压，并且将负载电压与参考电压进行比较，并且生成表示负载电压与参考电压之间的差的第一数字输出信号。
[0141]
adc还包含可操作地耦接到数字电路和存储器的处理模块，所述处理模块可以包含在adc内或adc外。当被启用时，所述处理模块被配置成执行所述操作指令以处理所述第一数字输出信号，以生成表示所述负载电压与所述参考电压之间的所述差的第二数字输出信号。应注意，所述第二数字输出信号的分辨率高于所述第一数字输出信号的分辨率。
[0142]
adc还包含可操作地耦接到处理模块的n位数模转换器(dac)。当被启用时，n位dac可操作地耦接并且被配置成基于第二数字输出信号生成dac输出电流。应注意，dac输出电流跟踪负载电流，并且负载电压跟踪参考电压。n是第一正整数，并且m是大于或等于1的第二正整数。在一些实例中，n大于m。在其它实例中，n是小于或等于8的第一正整数，并且m是大于或等于1且小于或等于4的第二正整数。
[0143]
在甚至其它实例中，当被启用时，所述一个或多个处理模块被进一步被配置成根据执行带通滤波或低通滤波来处理所述第一数字输出信号，以生成表示所述负载电压的所述第二数字输出信号。
[0144]
另外，在某些实例中，adc包含耦接到所述一个或多个处理模块的抽取滤波器。当被启用时，所述抽取滤波器可操作地耦接并且被配置成处理所述第二数字输出信号，以生成采样率低于所述第二数字输出信号的采样率且分辨率高于所述第二数字输出信号的分辨率的另一个数字输出信号。作为替代物或补充，另一个抽取滤波器耦接到数字电路。当被启用时，另一个抽取滤波器可操作地耦接并且被配置成处理所述第一数字输出信号，以生成采样率低于所述第一数字输出信号的采样率且分辨率高于所述第一数字输出信号的分辨率的另一个数字输出信号。
[0145]
图10是根据本发明的adc的另一个实施例1000的示意性框图。此图与先前的图类似，其中至少一个不同之处在于电容器c被积分器替代。积分器被实施为具有反馈电容器c的运算放大器。使用运算放大器代替仅电容器c可以用于被定制成提供功率大于先前的图的功率的应用。一般而言，被实施为与运算放大器协作的反馈电容器c用于实现前一个图中电容器c基于负载电流和来自n位dac 420的输出电流进行充电的目的类似的目的，由此生成要提供给比较器并与vref进行比较的vin。
[0146]
另外，关于adc的这些实例中的所有实例，adc通过向负载32提供输出电流以抵消负载电流来操作。这可以被视为提供与负载电流相等且极性相反的输出电流。再次，应注意，这种adc不仅可以被实施为感测与负载32相关联的模拟信号，而且还可以在负载32不通过另一个源被激励的实施方案内向负载32提供电力和/或能量。在一些实例中，这种从adc向负载32提供电力和/或能量是通过单条线同时执行的，adc通过所述单条线感测与负载32相关联的模拟信号。而且，这种adc可以被实施为仅感测与负载32相关联的模拟信号而不向负载32提供电力和/或能量。
[0147]
图11是根据本发明的操作以处理模拟差分信号的adc的实施例1100的示意性框图。此图示出了在差分负载32-1上操作的adc的实施方案，使得adc向差分负载32-1提供负载信号1112并且还检测对所述负载信号的任何影响1114。在此图中，电容器c连接到差分负
载32-1的差分引线。而且，n位dac 420的n被差分n位dac 1120替代，其中n是正整数。n位dac 420的n操作以生成基于do 2的提供给差分负载32-1的差分输出电流信号。
[0148]
差分信号可以被视为由对应于两条差分信号线的两个相应电压vp和vn(例如，有时被称为正电压vp和负电压vn)构成。在此图中，共模(cm)模拟电路1105被实施为将差分信号转换成单端信号。例如，cm模拟电路1105操作以生成输入电压vin，使得vin＝(vn vp)/2。在一些实例中，应注意，cm模拟电路1105、比较器和数字电路410全部都在单一组件或装置内实施，所述单一组件或装置操作以处理差分信号并基于所述差分信号生成do 1。
[0149]
图12是根据本发明的操作以处理模拟差分信号的adc的另一个实施例1200的示意性框图。此图与先前的图具有某些相似之处，其中至少一个不同之处在于cm模拟电路1105、比较器和数字电路410或cm模拟电路1105、比较器和数字电路410的功能等效组件由低分辨率模数转换器(adc)，具体地差分m位adc 1210替代，其中m是大于或等于1的正整数。在某些特定实例中，m是在1-4范围内的正整数(例如，1、2、3或4)。
[0150]
而且，在某些特定实例中，差分n位dac 1120的n小于或等于m。在某些具体实例中，n＜8位分辨率。例如，如果n＝4，则m＝3、2或1。与do 1(m位分辨率)相比，do 2可以被视为高分辨率数字信号(n位分辨率)，使得m＜n。另外，在一些实例中，do 2是do 1在处理模块24内经历任何期望的数字信号处理之后的修改版本。
[0151]
在某些实例中，应注意，差分m位adc 1210操作以生成do 1作为对应于vin(使得vin＝(nv vp)/2)与vref之间的差并且分辨率为m位并且基于时钟速率clk输出的误差信号。例如，do 1是对应于误差信号ve的数字信号，使得ve＝vref-vin或vin
‑‑
vref。
[0152]
在其它实例中，应注意，差分m位adc 1210操作以生成do 1作为对应于由vn和vp构成的差分输入电压信号vin_diff与差分参考信号vref_diff(例如，vref_diff是由两个不同的参考电压，如vref1和vref2构成的差分信号)之间的差并且分辨率为m位并且基于时钟速率clk输出的误差信号。例如，do 1是对应于误差信号ve_diff的数字信号，所述误差信号对应于两个差分信号之间的差，ve_diff＝vref_diff-vin_diff或vin_diff-vref_diff。
[0153]
这种差分m位adc 1210的使用为某些应用提供许多性能改进，所述应用包含减少量化噪声和增加adc的输出分辨率，特别是关于do 1的输出分辨率。例如，代替此图中的do 1是单个位分辨率数字信号(例如，1和/或0的数字流)，do 1是具有更高分辨率(例如，2、3或4位)的数字信号。在一些实例中，do 1然后被提供给处理模块24，并且处理模块24被配置成对do 1执行任何期望的数字信号处理操作，以生成do 2(例如，增加输出分辨率和降低采样率、执行低通滤波、执行带通滤波等)。
[0154]
在此图中，应注意，do 1可以被直接传递到差分n位dac 1120，使得do 1用于驱动差分n位dac 1120。然而，在某些实例中，do 2用于驱动差分n位dac 1120，如当其是do 1的经滤波和/或数字信号处理版本时。
[0155]
图13是根据本发明的操作以处理模拟差分信号的adc的另一个实施例1300的示意性框图。此图与基于差分信令进行操作的先前的图中的某些图具有某些相似之处，其中至少一个不同之处在于连接在负载32-1的差分信号线之间的电容器c被具有两个相应反馈电容器c的差分积分器替代。差分积分器被实施为具有两个相应反馈电容器c的运算放大器，并且操作以基于vn和vp生成差分输入信号。使用运算放大器代替电容器c(两个相应反馈电容器c)可以用于被定制成提供功率大于先前的图的功率的应用。一般而言，被实施为与差
分运算放大器协作的两个相应反馈电容器c用于实现与前一个图中连接在负载32-1的差分信号线之间的电容器c基于差分负载电流和来自差分n位dac 1120的差分输出电流进行充电的目的类似的目的，由此生成要提供给比较器并与vref进行比较的vin。
[0156]
应注意，cm模拟电路1105、比较器和数字电路410可以可替代地被如根据先前的图的差分m位adc 1210替代。
[0157]
图14a是根据本发明的操作以执行电压测量的adc的实施例1401的示意性框图。此图与先前的图具有一些相似之处，其中至少一个不同之处在于负载32被负载电压32-1替代，所述负载电压可以是包含负载32在内的多个装置中的任何装置的电压。这种负载电压32-1的实例包含电极、传感器、换能器等的电压中的任何电压。此图内的另一个不同之处在于电阻器r被放置在操作以将执行电压测量的adc和负载电压32-1连接或耦接的单条线上。例如，负载电压32-1在跨电阻器r下降以生成输入电压vin时将提供对电容器c充电的电流信号，所述电流信号被提供给比较器的输入之一。一般而言，负载电压32-1可以通过在负载电压32-1与adc之间插入电阻器r来测量，以便于将负载电压32-1转换成电流iin，所述电流等于负载电压32-1 vload与vin之间的差，使得iin＝(vload-vin)/r。还应注意，可以可替代地实施普林斯阻抗电路系统，所述普林斯阻抗电路系统操作以将电压转换成电流信号，使得电流信号可以由如本文所述的adc感测。
[0158]
图14b是根据本发明的跨阻放大器的实施例1402的示意性框图，所述跨阻放大器可以在操作以执行电压测量的adc内实施。跨阻电路系统包含缓冲器、运算放大器等，其具有第一输入和第二输入，所述第一输入耦接到接地电位，所述第二输入耦接到拉出或灌入电流的节点，如连接到n位dac 420的节点。阻抗(示出为r或一般为z，其可以具有感抗和/或容抗分量)也从第二输入耦接到缓冲器、运算放大器等的输出。流经阻抗的电流i生成基于阻抗乘以电流i(例如，v＝rxi或zxi)的输出电压v。这种趋势阻抗放大器或操作以执行电压到电流信号转换或反之亦然的任何适当的电路或组件可以用于代替先前的图内示出的电阻器。
[0159]
图15是示出了根据本发明的在adc内的数字域滤波的实施例1500的示意性框图。此图示出了具有被实施为对do 1执行任何期望的数字信号处理并生成do 2的处理模块24的替代性实施方案。具体地，滤波器1510被实施为处理do 1以生成do 2。应注意，滤波器1510可以是任何期望类型的数字滤波器。在某些实例中，滤波器1510执行带通滤波或低通滤波，以根据生成do 2来滤除do 1内的高频量化噪声。低通滤波器或低通滤波器操作的可能实例可以基于累加器或积分器来实施。例如，考虑被定制成用于检测dc模拟信号或用于检测频率在如20khz到100khz等语音频带内的模拟信号的应用，在这种情况下，由滤波器1510执行适当的低通滤波或带通滤波，以根据生成do 2来滤除do 1内的高频量化噪声。
[0160]
在某些实例中，应注意，处理模块24可以与滤波器1510通信，使得待由滤波器1510执行的特定滤波可基于来自处理模块24的控制信令来配置。例如，将滤波器1510视为包含带通滤波或低通滤波的一个或多个选项的可配置或可选择滤波器。处理模块24被配置成选择要在第一时间或在第一时间期间执行的第一类型滤波和要在第二时间或在第二时间期间执行的第二类型滤波等。
[0161]
图16是示出了根据本发明的使用adc内的级联滤波器的数字域滤波的实施例1600的示意性框图。此图示出了基于n个带通滤波器或n个低通滤波器的级联的数字信号处理。
在特定实例中，n＝10。增益元件k1到kn是用于使反馈回路从由向n位dac 420提供数字输入控制信号的相应级联的n个滤波器(例如，滤波器1到滤波器n)生成的任何数字输出信号稳定的放大常数。不同的相应游戏因素操作以稳定提供给n位dac 420的反馈。应注意，此实施方案操作以提供如对应于来自相应级联的n个滤波器(例如，滤波器1到滤波器n)的相应输出的多个不同的相应数字输出信号，示出为do 1、do 2到do n。应注意，任何一个或多个抽取滤波器还可以被实施为执行如对应于来自相应级联的n个滤波器(例如，滤波器1到滤波器n)的相应输出的数字输出信号，示为do 1、do 2到do n的抽取滤波。
[0162]
图17是示出了根据本发明的使用adc内的可配置/可调节级联滤波器的数字域滤波的另一个实施例1700的示意性框图。此图与先前的图类似，其中至少一个不同之处在于一个或多个处理模块24耦接或连接到相应增益元件(k1到kn)中的每个增益元件和相应级联的n个滤波器(例如，滤波器1到滤波器n)。一个或多个处理模块24被配置成调节相应增益元件(k1到kn)的增益，并且表示由相应级联的n个滤波器(例如，滤波器1到滤波器n)执行滤波的特定特性。
[0163]
例如，所述一个或多个处理模块24被配置成选择相应增益元件(k1到kn)的第一组增益和要由相应级联的n个滤波器(例如，滤波器1到滤波器n)在第一时间或在第一时间期间执行的第一类型滤波，以及相应增益元件(k1到kn)的第二组增益和要由相应级联的n个滤波器(例如，滤波器1到滤波器n)在第二时间或在第二时间期间执行的第二类型滤波。
[0164]
图18是示出了根据本发明的被实施为在adc内执行数字域滤波的一个或多个处理模块的实施例1800的示意性框图。此图包含一个或多个处理模块24，所述一个或多个处理模块操作以执行先前的图内以图形方式展示的滤波。例如，一个或多个处理模块24可以被实施为对相应数字输出信号，示出为do 1、do 2到do n中的任何数字输出信号执行任何期望的数字信号处理，包含关于先前的图以图形方式描述的数字信号处理。在此图中，所述一个或多个处理模块24本身执行数字信号处理。在前一图中，实施单独且不同的数字信号处理组件，并且所述图的一个或多个处理模块24操作以控制并配置那些数字信号处理组件操作的方式。
[0165]
另外，adc的替代性实例可以使用基于非线性函数操作的非线性n位dac来实施。例如，非线性n位dac操作以基于提供给其的数字输入信号的非线性函数来提供输出电流。这种非线性函数还可以被描述为非线性压缩扩展型函数，使得压缩扩展型对应于adc基于其接收和/或感测到的信号的非线性响应。在这种非线性n位dac中，输出电流是输入的非线性函数。
[0166]
考虑到包含非线性n位dac的adc的一个可能实例，由这种adc生成的数字输出信号(例如，do 1和/或do 2信号)是其正感测的模拟信号的非线性函数。考虑包含非线性n位dac并在感测电流信号时基于对数函数操作的adc，在这种情况下，数字输出信号(例如，do 1和/或do 2信号)是输入电流的对数函数。包含非线性n位dac的这种adc可以被称为压缩扩展型adc。一般而言，当基于其正感测的模拟信号生成数字输出信号时提供非线性响应的这种adc可以被称为压缩扩展型adc。
[0167]
应注意，这种压缩扩展型adc还可以被实施为通过连接或耦接到负载的单线来执行信号的同时驱动和感测。例如，这种adc操作以驱动负载32的模拟信号(例如，电流和/或电压)。关于根据感测模拟电流信号操作的实施方案，这种压缩扩展型adc还操作以感测极
宽范围内的电流信号，包含非常低的电流(例如，低于1皮安范围的电流，在数十皮安范围内的电流，低于1纳安范围的电流，在数十纳安范围内的电流，低于1微安范围的电流，在数十微安范围内的电流等)以及高达相对更大的电流(例如，数十毫安范围内的电流、数百毫安范围内的电流或甚至更高值的安范围的电流等)。在一些实例中，如关于检测从光电检测或光电二极管组件提供的电流，这种压缩扩展型adc还操作以感测低于1皮安范围的电流信号、在数百微安范围内的电流等。
[0168]
而且，在一些实例中，当使用适当提供的组件(例如，较高电流、较高功率等)时，还可以使用根据如本文所述的压缩扩展型adc的架构和拓扑来感测高得多的电流。例如，基于如本文所述的架构和拓扑使用适当提供的组件实施的这种压缩扩展型adc操作以感测甚至更高的电流(例如，数安、数十安或甚至更高值的安范围等)。
[0169]
另外，应注意，这种压缩扩展型adc的各个实施方案可以被实施为覆盖多个十进位(decade)数量级。例如，考虑被实施为检测数十皮安到数毫安的辐射电流信号的压缩扩展型adc。这种压缩扩展型adc将覆盖7-8个十进位或7-8个数量级的动态范围。在这种实例内，可以使用对数刻度将这种非常宽的动态范围划分为7-8个十进位，使得在每个特定十进位内存在若干数据点。还应注意，存在关于由这种压缩扩展型adc生成的数字输出信号(例如，do 1和/或do 2信号)的分辨率和可以感测的电流信号范围的权衡。例如，当由这种压缩扩展型adc感测的信号的动态范围相对较大时，在以高准确度感测非常低的电流方面可能存在限制。
[0170]
一般而言，要感测的信号的动态范围越宽，则越高的数字输出信号(例如，do 1和/或do 2信号)分辨率就会提供越高的准确度，特别是在感测非常低的电流时。考虑将感测动态范围为数十皮安到数百微安的电流(例如，在光电检测或光电二极管组件内)，在这种情况下，使用一定数量的位(例如，12位的分辨率)生成数字输出信号可能不足以覆盖整个范围的实例。在此类特定实例内，数字输出信号的分辨率的不断增加(例如，增加为16位分辨率)可以帮助促进以更高的分辨率感测信号，并且还有助于以高准确度感测非常低的电流。
[0171]
以下图中的若干图与先前的图具有相似之处，其中至少一个不同之处在于非线性n位dac 1920被实施为生成输出到负载的匹配或跟踪负载的电流的电流。类似地，如关于adc的其它实例所描述的，这些随后图中的压缩扩展型adc还通过向负载32提供输出电流以抵消负载电流来操作。这可以被视为提供与负载电流相等且极性相反的输出电流。还应注意，这种压缩扩展型adc不仅可以被实施为感测与负载32相关联的模拟信号，而且还可以在负载32不通过另一个源被激励的实施方案内向负载32提供电力和/或能量。在一些实例中，从压缩扩展型adc向负载32提供电力和/或能量是通过单条线同时执行的，压缩扩展型adc通过所述单条线感测与负载32相关联的模拟信号。而且，这种压缩扩展型adc可以被实施为仅感测与负载32相关联的模拟信号而不向负载32提供电力和/或能量。
[0172]
一般而言，关于这种非线性n位dac，如非线性n位dac 1920，从其提供的输出电流是do 2的非线性函数。因此，假设来自非线性n位dac 1920的输出电流操作以匹配或跟踪负载的电流(例如，与负载的电流相等且相反，由此使基于vref与vin之间的差的误差信号最小化)，则do 2本身也是负载电流的反函数。
[0173]
图19是根据本发明的包含非线性n位数模转换器(dac)的adc的实施例1900的示意性框图。此图与先前的图(例如，图4)中的某些图类似，所述先前的图包含比较器和数字电
路410，所述数字电路生成提供给处理模块24的do 1。处理模块24处理do 1以生成do 2。而且，模拟电容器c连接到将负载32耦接到压缩扩展型adc(例如，包含非线性n位dac的adc，在基于其正感测的模拟信号生成数字输出信号时提供非线性响应的adc)的节点。
[0174]
然而，在此图中，非线性n位dac 1920被实施为生成电流信号，所述电流信号被提供给将压缩扩展型adc连接或耦接到负载32的节点，以匹配和跟踪负载的电流信号。
[0175]
随后的图中的许多图包含类似的组件并且以类似的方式操作，其中至少一个不同之处在于所述组件以压缩扩展型adc的形式操作，使得其在基于其正感测的模拟信号生成数字输出信号时提供非线性响应。所述图中的许多图包含被实施为代替n位dac 420的非线性n位dac 1920。
[0176]
图20是根据本发明的包含非线性n位dac的adc的另一个实施例2000的示意性框图。此图与图8类似，其中不同之处在于非线性n位dac 1920被实施为代替n位dac 420。
[0177]
图21是根据本发明的包含非线性n位dac的adc的另一个实施例2100的示意性框图。此图与图9类似，其中不同之处在于非线性n位dac 1920被实施为代替n位dac 420。
[0178]
图22是根据本发明的包含非线性n位dac的adc的另一个实施例2200的示意性框图。此图与图10类似，其中不同之处在于非线性n位dac 1920被实施为代替n位dac 420。
[0179]
图23是根据本发明的包含操作以处理模拟差分信号的非线性n位dac的adc的实施例2300的示意性框图。此图与图11类似，其中不同之处在于差分非线性n位dac 2320被实施为代替差分n位dac 1120。
[0180]
图24是根据本发明的包含操作以处理模拟差分信号的非线性n位dac的adc的另一个实施例2400的示意性框图。此图与图12类似，其中不同之处在于差分非线性n位dac 2320被实施为代替差分n位dac 1120。
[0181]
图25是根据本发明的包含非线性n位dac并且操作以执行电压测量的adc的实施例2500的示意性框图。此图与图14a类似，其中不同之处在于非线性n位dac 1920被实施为代替n位dac 420。例如，在压缩扩展型adc与负载电压32-1之间串联实施适当的元件(例如，电阻器r、跨阻电路系统和/或用于将电压转换成电流的任何适当的补充件等)有助于将负载电压32-1转换成可以使用这种压缩扩展型adc检测的负载电流。在这种实例中，压缩扩展型adc内的非线性n位dac 1920基于do 2的函数来操作。在包含在非线性n位dac 1920中实施的电阻器r的实例中，do 2本身是负载电压32-1除以r的反函数(例如，vload/r的函数)。
[0182]
以下图中的某些图示出了使用pnp晶体管(可替代地，正-负-正双极结型晶体管(bjt))或npn晶体管(可替代地，负-正-正bjt)中的一个或两个来实施非线性转换函数。例如，pnp晶体管或npn晶体管中的一个或两个的使用可以用于实施对数转换函数。
[0183]
另外，以下图中的某些图使用n位dac 420-1来操作，所述n位dac提供待由npn晶体管或pnp晶体管的基极接收的输出电压信号。在此类实例中，npn晶体管或pnp晶体管中的一个或多个被实施为提供匹配或跟踪负载电流的电流。某些实例通过拉出电流来操作，并且其它实例通过灌入电流来操作。甚至其它实例通过提供如匹配或跟踪负载电流可能需要的拉出电流和灌入电流两者的功能来操作。
[0184]
图26a是根据本发明的包含被实施为拉出电流的pnp晶体管(可替代地，正-负-正双极结型晶体管(bjt))的adc的实施例2601的示意性框图。
[0185]
一般而言，bjt是一种包含三个端子：基极(b)、集电极(c)和发射极(e)的晶体管。
这种bjt包含在其之间共享薄掺杂区的两个半导体结。考虑到npn晶体管，在两个n型半导体区之间实施薄的p掺杂区，由此形成两个半导体结。考虑到pnp晶体管，在两个p型半导体区之间实施薄的n掺杂区，由此形成两个半导体结。
[0186]
关于这种晶体管，集电极电流ic作为基极(b)与发射极(e)之间的电压的函数如下：
[0187]
其中基于肖克莱二极管等式(shockley diode equation)或二极管定律，
[0188]is
是反向偏置饱和电流(可替代地称为刻度电流)；
[0189]vbe
是半导体结两端的电压；
[0190]vt
是热电压kt/q，其是玻尔兹曼常数(boltzmann constant)k乘以温度t除以电子电荷q。
[0191]
如此，v
be
的值是n位dac 420-1的输出电压，所述n位dac基于被示出为vfull_scale的满刻度电压操作，使得n位dac 420-1操作以提供高达并包含被示出为vfull_scale的满刻度电压的输出电压。
[0192]
假设v
be
是n位dac 420-1的输出电压，则其也是do 2到模拟信号的转换。
[0193]
因此，do 2是示出集电极电流ic的上述等式的反函数，如下所示：
[0194][0195]
示出为vfull_scale的满刻度电压是n位dac 420-1的参考电压，所述n位dac还操作以控制满刻度输出电流。图28b和图28c示出了可以实施与温度无关的满刻度参考电路的实例。
[0196]
再次参考图26a，此图示出了被实施为将电流拉出到连接到负载32的节点以匹配和跟踪负载电流的pnp晶体管。
[0197]
图26b是根据本发明的包含被实施为灌入电流的npn晶体管(可替代地，负-正-正bjt)的adc的实施例2602的示意性框图。此图示出了被实施为从连接到负载32的节点灌入电流以匹配和跟踪负载电流的npn晶体管。
[0198]
图27是根据本发明的包含被实施为拉出电流的pnp晶体管和被实施为灌入电流的npn晶体管两者的adc的实施例2700的示意性框图。此图示出了pnp晶体管和npn晶体管两者，所述pnp晶体管被实施为将电流拉出到连接到负载32的节点以匹配和跟踪负载电流，所述npn晶体管被实施为从连接到负载32的节点灌入电流以匹配和跟踪负载电流。在彼此协作的情况下，pnp晶体管和npn晶体管两者均可以操作以灌入或拉出电流，如匹配和跟踪负载电流可能需要的。
[0199]
图28a是根据本发明的包含被实施为拉出和/或灌入电流的二极管的adc的实施例2801的示意性框图。此图示出了使用开关(如由处理模块24控制)实施和控制的两个二极管，以将电流灌入到连接到负载32的节点或从所述节点拉出电流，从而匹配和跟踪负载电流。
[0200]
图28b是根据本发明的操作以生成满刻度电压信号的pnp晶体管二极管配置的实施例2802的示意性框图。另外，应注意，具有与温度无关的满刻度参考电流的一种方式是使用pnp或npn二极管配置以基于所施加的参考电流iref生成满刻度电压(vfull_scale)。这是为了形成电流镜。到负载的输出双极晶体管电流是参考电流iref的镜像副本，所述参考电流被由n位dac 420-1提供的电压值缩放。将参考电流施加到pnp(或npn)的集电极，并且将基极连接到集电极以形成二极管配置。pnp的基极电压是施加到n位dac的满刻度电压(vfull_scale)。关于图28b示出了pnp晶体管的这种配置。关于图28b示出了npn晶体管的这种配置。
[0201]
图28c是根据本发明的操作以生成满刻度电压信号的npn晶体管二极管配置的实施例2803的示意性框图。
[0202]
使用一个或多个npn晶体管、pnp晶体管和/或二极管的压缩扩展型adc的这种实施方案提供了优于现有技术的adc的许多优点。例如，其可以使用极低的功率来操作。而且，其操作以提供与输入电流成对数比例的数字输出(如do 2)的直接转换。此外，使用适当的实施方案，如所描述的提供与温度无关的满刻度参考电流的实施方案，这种压缩扩展型adc与温度无关，所述压缩扩展型adc与和温度相关的现有技术的adc相反。而且，这种压缩扩展型adc的准确度和操作独立于双极晶体管的is电流[反向偏置饱和电流(可替代地，称为刻度电流)]，其可以具有跨组件的非常宽的容差。
[0203]
以下图中的某些图示出了使用p沟道或p型金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)(可替代地，pmos晶体管)或者n沟道或n型金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)(可替代地，nmos晶体管)中的一个或两个来实施非线性转换函数。例如，pmos晶体管或nmos晶体管中的一个或两个的使用可以用于实施对数转换函数。
[0204]
另外，以下图中的某些图使用n位dac 420-1来操作，所述n位dac提供待由nmos晶体管或pmos晶体管的栅极接收的输出电压信号。在此类实例中，nmos晶体管或pmos晶体管中的一个或多个被实施为提供匹配或跟踪负载电流的电流。某些实例通过拉出电流来操作，并且其它实例通过灌入电流来操作。甚至其它实例通过提供如匹配或跟踪负载电流可能需要的拉出电流和灌入电流两者的功能来操作。
[0205]
图29a是根据本发明的包含被实施为拉出电流的p沟道或p型金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)(可替代地，pmos晶体管)的adc的实施例2901的示意性框图。
[0206]
例如，nmos晶体管或pmos晶体管中的一个或两个的使用充当平方根转换函数。例如，mosfet的漏极电流id如下所示：
[0207]
其中
[0208]vgs
是mosfet的栅极(g)到源极(s)结两端的电压；
[0209]vt
是热电压kt/q，其是玻尔兹曼常数k乘以温度t除以电子电荷q；
[0210]
w是栅极宽度；
[0211]
l是栅极长度；
[0212]
μc
ox
是过程跨导参数；并且
[0213]
μc
ox
(w/l)是mosfet跨导参数。
[0214]
如此，mosfet的栅极(g)到源极(s)结两端的电压v
gs
是n位dac 420-1的输出电压。如此，v
gs
的值是n位dac 420-1的输出电压。
[0215]
假设v
gs
是n位dac 420-1的输出电压，则其也是do 2到模拟信号的转换。
[0216]
因此，do 2(在以下等式中示出为do)是示出漏极电流id的上述等式的反函数，如下所示：
[0217][0218]
如可以看到的，这表明do 2(在上述等式中示出为do)是输入电流的平方根函数，所述输入电流是漏极电流id。
[0219]
而且，应注意，与对数比度量测量类似的并行测量可以用于去除对v
t
的依赖性，v
t
是热电压kt/q并且作为温度的函数而变化。例如，此处可以关于mosfet装置应用与双极晶体管变体中的二极管配置和iref电流镜类似的二极管配置和iref电流镜。
[0220]
例如，考虑生成如下文示出为do1的第一数字输出信号以及如下文示出为do2的第一数字输出信号：
[0221]
以及
[0222]
则其之间的差如下：
[0223]
其与温度无关并且不依赖于v
t
，v
t
是热电压kt/q。
[0224]
再次参考图29a，此图示出了被实施为将电流拉出到连接到负载32的节点以匹配和跟踪负载电流的pmos晶体管。
[0225]
图29b是根据本发明的包含被实施为灌入电流的n沟道或n型金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)(可替代地，nmos晶体管)的adc的实施例2902的示意性框图。此图示出了被实施为从连接到负载32的节点灌入电流以匹配和跟踪负载电流的nmos晶体管。
[0226]
图30是根据本发明的包含被实施为拉出电流的pmos晶体管和被实施为灌入电流的nmos晶体管两者的adc的实施例3000的示意性框图。此图示出了pmos晶体管和nmos晶体管两者，所述pmos晶体管被实施为将电流拉出到连接到负载32的节点以匹配和跟踪负载电流，所述nmos晶体管被实施为从连接到负载32的节点灌入电流以匹配和跟踪负载电流。在彼此协作的情况下，pmos晶体管和nmos晶体管两者均可以操作以灌入或拉出电流，如匹配和跟踪负载电流可能需要的。
[0227]
图31是示出了根据本发明的包含非线性n位dac的adc内的数字域滤波的实施例3100的示意性框图。此图与图15类似，其中不同之处在于非线性n位dac 1920被实施为代替n位dac 420。
等效于“a、b或c中的至少一个”，并且均意指a、b和/或c。举例来说，所述术语意指：“仅a”、“仅b”、“仅c”、“a”和“b”、“a”和“c”、“b”和“c”和/或“a”、“b”和“c”。
[0237]
如本文还可以使用的，术语“处理模块”、“处理电路”、“处理器”、“处理电路系统”和/或“处理单元”可以是单个处理装置或多个处理装置。这种处理装置可以是微处理器、微控制器、数字信号处理器、微计算机、中央处理单元、现场可编程门阵列、可编程逻辑装置、状态机、逻辑电路系统、模拟电路系统、数字电路系统和/或基于电路系统和/或操作指令的硬编码来操纵信号(模拟和/或数字)的任何装置。处理模块、模块、处理电路、处理电路系统和/或处理单元可以是或进一步包含存储器和/或集成存储器元件，其可以是单个存储器装置、多个存储器装置，和/或另一种处理模块、模块、处理电路、处理电路系统和/或处理单元的嵌入式电路系统。此类存储器装置可以是只读存储器、随机存取存储器、易失性存储器、非易失性存储器、静态存储器、动态存储器、闪速存储器、高速缓存存储器和/或存储数字信息的任何装置。应注意，如果处理模块、模块、处理电路、处理电路系统和/或处理单元包含多于一个处理装置，那么处理装置可以居中定位(例如，通过有线和/或无线总线结构直接耦接在一起)或者可以分布式地定位(例如，通过局域网和/或广域网的间接耦接的云计算)。进一步应注意，如果处理模块、模块、处理电路、处理电路系统和/或处理单元通过状态机、模拟电路系统、数字电路系统和/或逻辑电路系统实施其功能中的一个或多个功能，那么存储对应操作指令的存储器和/或存储器元件可以嵌入在包括状态机、模拟电路系统、数字电路系统和/或逻辑电路系统的电路系统内或外。仍进一步应注意，存储器元件可以存储并且处理模块、模块、处理电路、处理电路系统和/或处理单元执行对应于附图中的一个或多个附图中所展示的步骤和/或功能中的至少一些步骤和/或功能的硬编码和/或操作指令。此类存储器装置或存储器元件可以包含在制品中。
[0238]
上文已经借助于展示指定功能的执行及其关系的方法步骤描述了一个或多个实施例。为了便于描述，本文任意地限定这些功能构建块和方法步骤的边界和顺序。可以限定替代性边界和顺序，只要指定功能及关系被适当地执行即可。因此，任何此类替代性边界或顺序都在权利要求的范围和精神内。另外，为了便于描述，本文任意地限定这些功能构建块的边界。可以限定替代性边界，只要某些重要功能被适当地执行即可。类似地，本文中也可以任意地限定流程框图以说明某些重要功能。
[0239]
在使用的范围内，流程框图边界和顺序可以以其它方式限定，并且仍然执行某些重要功能。因此，功能构建块和流程框图及顺序的此类替代性限定都在权利要求的范围和精神内。本领域的普通技术人员还将认识到，本文中的功能构建块和其它说明性块、模块和组件可以如所展示的那样实施，或由离散组件、专用集成电路、执行适当软件的处理器等或其任何组合来实施。
[0240]
另外，流程图可以包含“开始”和/或“继续”指示。“开始”和“继续”指示反映所呈现的步骤可以任选地并入在一个或多个其它例程中或以其它方式与其结合使用。另外，流程图可以包含“结束”和/或“继续”指示。“结束”和/或“继续”指示反映所呈现的步骤可以如所描述和示出的那样结束，或者任选地并入在一个或多个其它例程中或以其它方式与其结合使用。在此上下文中，“开始”指示开始所呈现的第一步骤，并且其前面可以是未确切示出的其它活动。另外，“继续”指示所呈现的步骤反映可以多次执行，和/或可以继续未确切示出的其它活动。另外，虽然流程图指示步骤的特定次序，但是其它次序同样是可能的，只要维
持因果关系原则即可。
[0241]
所述一个或多个实施例在本文中用于展示一个或多个方面、一个或多个特征、一个或多个概念和/或一个或多个实例。设备、制品、机器和/或过程的物理实施例可以包含参考本文所讨论的实施例中的一个或多个实施例描述的方面、特征、概念、实例等中的一个或多个。另外，贯穿各图，实施例可以并入有可以使用相同或不同附图标记的相同或类似名称的功能、步骤、模块等，并且如此，所述功能、步骤、模块等可以是相同或类似的功能、步骤、模块等，或者并不相同。
[0242]
除非明确地相反陈述，否则到达、来自本文所呈现的任何附图中的附图中的元件的信号和/或所述元件之间的信号可以是模拟的或数字的、连续时间或离散时间以及单端或差分的。例如，如果信号路径被示出为单端路径，那么其还表示差分信号路径。类似地，如果信号路径被示出为差分路径，那么其还表示单端信号路径。虽然本文描述了一个或多个特定架构，但本领域技术人员应当认识到，同样可以实施其它架构，所述其它架构使用未明确示出的一个或多个数据总线、元件之间的直接连接和/或其它元件之间的间接耦接。
[0243]
术语“模块”用于描述实施例中的一个或多个实施例。模块通过如处理器或其它处理装置或其它硬件等装置实施一个或多个功能，所述装置可以包含存储操作指令的存储器或与其相关联地操作。模块可以独立地操作和/或结合软件和/或固件进行操作。还如本文所使用的，模块可以含有一个或多个子模块，所述一个或多个子模块中的每个子模块可以是一个或多个模块。
[0244]
如本文可以进一步使用的，计算机可读存储器包含一个或多个存储器元件。存储器元件可以是单独的存储器装置、多个存储器装置或存储器装置内的一组存储器位置。此类存储器装置可以是只读存储器、随机存取存储器、易失性存储器、非易失性存储器、静态存储器、动态存储器、闪速存储器、高速缓存存储器和/或存储数字信息的任何装置。存储器装置可以是固态存储器、硬盘驱动器存储器、云存储器、拇指驱动器、服务器存储器、计算装置存储器和/或用于存储数字信息的其它物理介质的形式。
[0245]
虽然本文已经明确地描述了所述一个或多个实施例的各种功能和特征的特定组合，但这些特征和功能的其它组合同样是可能的。本公开不受本文所公开的特定实例限制，并且明确并入这些其它组合。